CN104319878A - 一种芯片化数字化继电保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种芯片化数字化继电保护系统，包括SOC芯片内的保护功能的Cortex-A9处理器、管理功能的Cortex-A9处理器、可编程逻辑器件阵列FPGA、AMBAAXI总线、高速缓冲存储器Cache和片内静态随机存储器SRAM，其中双核Cortex-A9处理器分别通过AMBAAXI总线、高速缓冲存储器Cache和片内静态随机存储器SRAM与可编程逻辑器件阵列FPGA相连，FPGA有SV/GOOSE/MMS合一光纤接口和调试光口。本发明采用FPGA加双核ARM架构的高性能SOC芯片实现芯片化数字化继电保护装置，简化了原来复杂的多芯片硬件架构，提高了数字化继电保护装置的可靠性、稳定性。

Description

一种芯片化数字化继电保护系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其是一种适用于芯片化数字化继电保护的实现方法。 
背景技术
相对于常规继电保装置，智能化、数字化继电保护装置，目前在电力系统得到推广应用，相应的智能化、数字化技术日益成熟，包括继电保护技术、SV技术、GOOSE技术的稳定性得到了数百个应用的验证。 
目前市面上支持智能化、数字化继电保护装置产品都是多芯片架构实现：需要支持SV/GOOSE数据处理的处理器芯片，需要支持数字化接口的以太网功能芯片，需要支持保护逻辑计算判断的处理器芯片，需要实现装置通信管理功能的处理器芯片，需要支持各功能芯片内部数据共享的装置内部总线架构。 
随着电力系统对继电保护装置的运行环境的不断变化，就地化设备运行、一二次设备融合的想法提出，可靠性、稳定性的要求也越来越高，装置硬件架构的复杂化往往是限制继电保护装置可靠性、稳定性提升的瓶颈。 
发明内容
为了克服现有的技术的不足, 本发明提供一种芯片化数字化继电保护系统。 
本发明技术方案如下所述： 
一种芯片化数字化继电保护系统，包括SOC芯片，其特征在于，所述SOC芯片包括保护功能的Cortex-A9处理器、管理功能的Cortex-A9处理器、可编程逻辑器件阵列FPGA、AMBA AXI总线、高速缓冲存储器Cache和片内静态随机存储器SRAM；
所述可编程逻辑器件阵列FPGA对外提供两路光纤接口，分别为SV/GOOSE/MMS合一光纤接口和调试光口，可编程逻辑器件阵列FPGA通过SV/GOOSE/MMS合一光纤接口实现不同类型数据报文的识别、数据预处理功能，通过调试光口实现数字化继电保护装置的各功能模块的调试功能。
所述保护功能的Cortex-A9处理器通过高速缓冲存储器Cache、片内静态随机存储器SRAM和AMBA AXI总线与可编程逻辑器件阵列FPGA进行数据交换，获取保护所需要的数据，进行数据处理、逻辑判断实现保护功能。 
所述管理功能的Cortex-A9处理器通过高速缓冲存储器Cache、片内静态随机存储器SRAM和AMBA AXI总线与可编程逻辑器件阵列FPGA进行数据交换，获取管理所需要的数据，实现数字化继电保护装置的管理和数据存储功能。 
进一步的，所述保护功能的Cortex-A9处理器和所述管理功能的Cortex-A9处理器的主频为800MHz。 
进一步的，所述可编程逻辑器件阵列FPGA 的SV/GOOSE/MMS合一光纤接口最高速率可扩展至Gbps，调试光口使用速率为100Mbps。 
进一步的，SOC芯片提供DDR3、DDR3L、DDR2、LPDDR2、SRAM、FLASH存储器接口。 
根据上述结构的本发明，其有益效果在于，采用FPGA+双核ARM架构的高性能SOC芯片实现芯片化数字化继电保护装置，简化了原来复杂的多芯片硬件架构；提高了数字化继电保护装置的可靠性、稳定性。 
附图说明
图1为本发明功能结构框图。 
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述： 
如图1所示，在SOC芯片内部包含有保护功能的Cortex-A9处理器、管理功能的Cortex-A9处理器、可编程逻辑器件阵列FPGA、AMBA AXI总线、高速缓冲存储器Cache和片内静态随机存储器SRAM。SOC芯片可提供DDR3、DDR3L、DDR2、LPDDR2、SRAM、FLASH存储器接口。
可编程逻辑器件阵列FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。本发明将可编程逻辑器件阵列FPGA作为数字化继电保护装置的核心部分，可编程逻辑器件阵列FPGA优点是包含丰富的外部可编程接口，扩展能力强，内部程序运行采用并行处理的方式，实时性高。 
可编程逻辑器件阵列FPGA对外提供两路光纤接口，其中一路为SV/GOOSE/MMS合一光口，实现SV/GOOSE/MMS报文的数据分发和数据处理，其支持最大速率单位为Gbps，另外一路为实现百兆速率的调试光口，实现数据的调试。 
具体的，SV/GOOSE/MMS合一光口实现SV/GOOSE/MMS的对外通信接口，且SV/GOOSE/MMS的对外通信接口可灵活选择通讯速率；可编程逻辑器件阵列FPGA实现SV/GOOSE/MMS的报文类型识别、报文优先级识别，SV报文解码、对订阅SV报文的电气量解析、低通滤波、插值同步，GOOSE报文的订阅、解析，根据GOOSE发布模型进行报文发送，网络风暴抑制，对订阅的SV/GOOSE报文统计、告警的功能。 
ARM Cotex-A9处理器是ARM处理器系列中性能较高的一款产品，采用了ARMv7架构设计，基于最先进的推测型八级流水线，具有高效、动态长度、多发射超标量及无序完成特征。 
保护功能的Cortex-A9处理器实现Cortex-A9处理器保护功能。其依次通过高速缓冲存储器Cache、片内静态随机存储器SRAM与可编程逻辑器件阵列FPGA相连，其中，各部分之间通过AMBA AXI总线连接。保护功能的Cortex-A9处理器与编程逻辑器件阵列FPGA进行数据交换，获取保护所需要的数据，进行数据处理、逻辑判断实现保护功能； 
管理功能的Cortex-A9处理器实现Cortex-A9处理器管理功能。其依次通过高速缓冲存储器Cache、片内静态随机存储器SRAM与可编程逻辑器件阵列FPGA相连，其中，各部分之间通过AMBA AXI总线连接。管理功能的Cortex-A9处理器与编程逻辑器件阵列FPGA进行数据交换，获取管理所需要的数据，实现数字化继电保护装置的管理和数据存储功能。具体的，其功能为：负责保护处理器的信息管理和实时信息远传；实现变电站用的通讯规约，包括CSC2000、IEC103、IEC61850；实现故障录波功能，滤波数据与COMTRADE格式兼容，并实现报告存储、查询、索引功能；实现动态更新保护处理器配置、描述信息；实现调试光口与调试软件的实时通信；实现定值管理、整定、固化功能；实现保护处理器的运行状态监测功能。
其中保护功能的ARM Cotex-A9处理器实现与可编程逻辑器件阵列FPGA的数据交互，获取保护逻辑算法中需要的SV、GOOSE数据，经过数据计算、逻辑处理、保护算法生成相关的控制命令，完成继电保护的功能。管理功能的ARM Cotex-A9处理器实现MMS数据处理，装置内部数据管理，状态监测功能。 
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。 
上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。 

Claims (4)

1.一种芯片化数字化继电保护系统，包括SOC芯片，其特征在于，所述SOC芯片包括保护功能的Cortex-A9处理器、管理功能的Cortex-A9处理器、可编程逻辑器件阵列FPGA、AMBA AXI总线、高速缓冲存储器Cache和片内静态随机存储器SRAM；
所述可编程逻辑器件阵列FPGA对外提供两路光纤接口，分别为SV/GOOSE/MMS合一光纤接口和调试光口，可编程逻辑器件阵列FPGA通过SV/GOOSE/MMS合一光纤接口实现不同类型数据报文的识别、数据预处理功能，通过调试光口实现数字化继电保护装置的各功能模块的调试功能；
所述保护功能的Cortex-A9处理器通过高速缓冲存储器Cache、片内静态随机存储器SRAM和AMBA AXI总线与可编程逻辑器件阵列FPGA进行数据交换，获取保护所需要的数据，进行数据处理、逻辑判断实现保护功能；
所述管理功能的Cortex-A9处理器通过高速缓冲存储器Cache、片内静态随机存储器SRAM和AMBA AXI总线与可编程逻辑器件阵列FPGA进行数据交换，获取管理所需要的数据，实现数字化继电保护装置的管理和数据存储功能。
2.根据权利要求1所述的芯片化数字化继电保护系统，其特征在于，所述保护功能的Cortex-A9处理器和所述管理功能的Cortex-A9处理器的主频为800MHz。
3.根据权利要求1所述的芯片化数字化继电保护系统，其特征在于：所述可编程逻辑器件阵列FPGA的SV/GOOSE/MMS合一光纤接口最高速率可扩展至Gbps，调试光口使用速率为100Mbps。
4.根据权利要求1所述的芯片化数字化继电保护系统，其特征在于： SOC芯片提供DDR3、DDR3L、DDR2、LPDDR2、SRAM、FLASH存储器接口。
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